二次電池充電控制與保護LSI技術
2019-11-03 09:56:12
供稿：網友
隨著便攜式設備不斷小型化、輕量化和高性能化，普及率日益提高，作為其電源的二次電池市場正迅速蔓延。目前，二次電池的主流是鋰離子二次電池。
關于鋰離子二次電池
鋰離子二次電池的優點是體積能是密度與重量能量密度高，比之過去的二次電池（鎳鎘蓄電池、鎳氫電池），能做到容量大、重量輕。此外，由于沒有過去二次電池具有的存儲效應（反復淺充放電其電池容量看似降低的現象），即使電池完全不充電，在放電完了時也可進行足量的充電。而且由于不用汞、鎘、鋁等公害限制物質，正作為環保電池受到關注。
但另一方面，由于鋰離子二次電池具有過充電引發的起火和過放電導致的特性下降的危險，如不進行精密的電壓電流管理，便不能發揮其性能。充電時，如單個電池的電壓超過約4.5V，由于電解液的分解會產生氣體，電池內部的壓力上升，壓力開放閾（安全閥）起動而出現漏液。而單個電池在約1.5V以下的過放電狀態，負極集電體的銅開始溶于電解液，電池性能下降。為了保護電池免遭這些不當的使用，單個電池都裝有幾種安全機構，一旦這些安全機構工作，電池便不能使用。
為此，在電池組內設置保護電路，在發生這種狀態之前，由保護電路監視每個電池。一旦達到過充電、過放電及過電流狀態便斷開電路，防患于未然。一旦狀態恢復正常，電池仍可繼續使用。
電池組電路構成
電池組的電路構成，它包含鋰離子二次電池、阻斷充放電電流的開關元件（MOSFET）及保護電路。保護電路監視電池的充放電電壓和電流，一當達到異常狀態，便置阻斷電流的FET于斷開狀態，切斷電池組與充電器或負載間的聯系，控制充放電電流。在多個電池的情況下，即使電池的總電壓在正常范圍，也有必要判斷各個電池異常的情況，因此必須監視電池組內每個電池的電壓。
保護電路
鋰離子二次電池的充放電保護電路大體有三種功能：過充電保護、過放電保護和過電流保護。過充電保護是因為如在過充電狀態下繼續充電，電池電壓上升有發生起火冒煙的危險，而使之不能充電。過放電保護是由于繼續過放電狀態會縮短電池壽命，降低電池性能，而在達到過放電之前使放電停止。過電流保護則是防止電池組端子短路引起過熱或負載電路異常等引起的過大電流。
除這些基本功能外，對保護電路還有以下要求，它們正是鋰離子保護IC的特點：
超低消耗電流驅動 保護電路除異常情況外不工作，但在工作時，其消耗電流會是電池組的損耗。因此，通常工作時的消耗電流要盡量降低。BA3164FV實現的超低消耗電流為：通常消耗電流（電池電壓4.0V）時最大10μA（典型值6.5μA），待用（電池電壓3.0V）時最大1.0μA（典型值0.75μA）。
高精度檢測電壓 過充電檢測要求高精度，這是因為過充電檢測電壓的最大值由電池的最大定額決定，如檢測電壓精度不佳，在100%充電之前便不能充電了，這會降低電池的容量。
同樣的理由充電控制電壓也要求高精度。BD315X系列（開發中）為實現高精度，通過IC內部的芯片布局、器件及構成電路的研究，達到了業界最高水平±0.6%(4.225V±25mV)的檢測精度。
高精度低耗電的系統檢測IC
日本羅姆公司的系統檢測IC正迅速普及，取得了許多業績。該公司備有不同通道數、保護電路和控制邏輯的多種系列，適應不同的需要。
鋰離子保護IC實現的低功耗高精度電壓檢測技術與該公司的Bi-CMOS加工相結合，該公司進行了“備用鋰電池切換控制IC”的BD4180FV系列的開發。該IC在主電池消耗時，能切換備用小型鋰電池，使存儲器等仍能保持數據。這次開發的BD4180FV系列裝有3塊CMOS調節器，且消耗最大為15μA（無負載時），僅為過去的1/3，而具優異的性能。
羅姆低功耗高精度的系統檢測IC技術可望應用于各種機種。對于以筆記本電腦、袖珍錄像機、數字相機為首的便攜式設備及需要高精度電壓控制的設備，積極采用上述技術，將有助于便攜設備進一步小型化、低功耗化和高精度化。■
摘自《電子產品世界》
